本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑。
背景技術(shù)：
低溫技術(shù)是19世紀(jì)末在液態(tài)空氣工業(yè)上發(fā)展起來的，在近30年中得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，并在低溫壓力容器、海洋工程等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前全世界正在大力發(fā)展液態(tài)氣體運(yùn)輸船，如LEG、LPG、LNG船，而在此類船舶的建造過程中，低溫壓力容器和管道系統(tǒng)的低溫鋼的焊接是關(guān)鍵工藝過程。某些重要的大型構(gòu)件焊接時(shí)，一般采用埋弧焊，而國(guó)內(nèi)對(duì)于船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑的研究較少。國(guó)外進(jìn)口的船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑的低溫沖擊韌性不穩(wěn)定，且低溫沖擊值不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑，不僅具有優(yōu)良坡口內(nèi)脫渣性能，還具有較好的抗冷裂紋敏感性和抗氣孔性，匹配低溫鋼焊絲具有優(yōu)良的機(jī)械性能，特別是低溫沖擊韌性較好。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑，包括礦物干粉組分及粘結(jié)劑，所述礦物干粉組分中各成分及其質(zhì)量百分比為：電熔鎂砂30~40%，螢石10~20%，剛玉10~20%，大理石15~25%，石英5~15%，脫水長(zhǎng)石1~8%，氟鋁酸鉀1~5%，合金劑0~3%；粘結(jié)劑占礦物干粉組分總重量的20~30%。所述粘結(jié)劑優(yōu)選為20℃時(shí)模數(shù)M＝2.8~3.0，濃度40~42°Be的鈉水玻璃。
上述船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑的制備方法，包括以下步驟：（1）將礦物干粉組分中各成分按比例稱取混合均勻，（2）在攪拌均勻的物料中加入20℃時(shí)模數(shù)M＝2.8~3.0，濃度為40~42°Be的鈉水玻璃進(jìn)行造粒，然后經(jīng)250~300℃低溫烘焙40~60min，780~ 800℃高溫?zé)Y(jié)30~50min，出爐冷卻，（3）過12~60目篩，即為燒結(jié)焊劑成品。
本發(fā)明船用低溫鋼埋弧燒結(jié)焊劑礦物干粉組分中：
電熔鎂砂具有造渣，調(diào)節(jié)熔渣堿度、粘度、流動(dòng)性和改善焊縫成型的作用。電熔鎂砂在熔化狀態(tài)能與焊劑中的SiO2復(fù)合，降低其活度，穩(wěn)定焊接過程。電熔鎂砂含量過高會(huì)增加熔渣的熔點(diǎn)，影響脫渣性和焊縫成型；含量過低，則降低焊劑堿度，使得焊縫金屬純凈度降低。
螢石是偏堿性的鹽，熔點(diǎn)較低，能夠降低熔渣表面張力和提高熔渣流動(dòng)性；其在高溫下比較活潑，分解產(chǎn)生的氟氣能夠降低電弧中氫的分壓，從而有效降低焊縫金屬擴(kuò)散氫含量。含量過低時(shí)，會(huì)使焊劑堿度不夠和去氫效果不佳；含量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電弧不穩(wěn)和焊縫波紋粗大。
剛玉是調(diào)節(jié)熔渣熔點(diǎn)和粘度的有效成分，能使熔渣具有良好的流動(dòng)性，焊縫金屬與母材過渡平滑，焊縫成形美觀。含量過低時(shí)上述效果不明顯，含量過高時(shí)導(dǎo)致熔渣流動(dòng)性變差，焊縫容易產(chǎn)生咬邊、氣體壓坑和夾渣等缺陷。
大理石受熱分解釋放出CO2，生成CaO。CO2有除氫的作用，CaO 有脫硫、脫磷、提高焊劑堿度、提高焊劑熔點(diǎn)及改善熔渣透氣性的作用。焊劑熔點(diǎn)提高之后，收弧處形成凸起，可以避免收弧處收縮應(yīng)力的集中，進(jìn)而有效地防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生。含量過高時(shí)，焊劑熔點(diǎn)過高，焊道鋪展不佳；含量過低時(shí)，熔渣透氣性不好，容易產(chǎn)生氣體壓痕。
石英主要作為造渣劑，能與其他氧化物形成低熔點(diǎn)復(fù)合物，使熔渣粘度增加，并改善脫渣性能。過高的石英含量會(huì)加大堆焊層中合金元素的燒損，過低的石英含量會(huì)影響焊縫成形效果。
脫水長(zhǎng)石有脫硫和平衡焊劑酸堿度及改善焊縫成形的作用，含量過低時(shí)，熔滴過渡顆粒較大，焊縫波紋較粗；含量過高時(shí)，會(huì)增加對(duì)焊縫的滲硅，影響焊縫的性能。
氟鋁酸鉀可改善熔渣流動(dòng)性，調(diào)整焊縫與母材之間的潤(rùn)濕角，同時(shí)其中的鉀離子還有穩(wěn)弧的作用。含量過高時(shí)，焊縫波紋粗大，成形不佳；含量過低時(shí)，焊縫與母材之間的潤(rùn)濕角過大，焊道發(fā)鼓。
合金劑有脫氧和補(bǔ)充有效合金燒損的作用。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑匹配低溫鋼焊絲焊接船用低溫鋼，焊接過程穩(wěn)定，焊縫成形美觀，坡口內(nèi)脫渣性能好，具有較好的抗冷裂紋敏感性和抗氣孔性，匹配低溫鋼焊絲焊接后，其熔敷金屬具有優(yōu)良的機(jī)械性能，特別是低溫沖擊韌性較好，提高了焊縫的抗脆斷能力，降低了操作人員的工作強(qiáng)度，極大程度的提高了生產(chǎn)效率。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
實(shí)施例1
一種船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑，包括礦物干粉組分及粘結(jié)劑，所述礦物干粉組分中各成分及其質(zhì)量百分比為：電熔鎂砂30%，螢石18%，剛玉14%，大理石18%，石英14%，脫水長(zhǎng)石3%，氟鋁酸鉀3%，合金劑0%；粘結(jié)劑占礦物干粉組分總重量的20~30%。
將礦物干粉組分中各成分按上述比例稱取混合均勻，在攪拌均勻的物料中加入20℃時(shí)模數(shù)M＝2.8~3.0，濃度為40~42°Be的鈉水玻璃作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，然后經(jīng)250~300℃低溫烘焙40~60min，780~ 800℃高溫?zé)Y(jié)30~50min，出爐冷卻，過12~60目篩，制成燒結(jié)焊劑成品。
實(shí)施例2
一種船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑，包括礦物干粉組分及粘結(jié)劑，所述礦物干粉組分中各成分及其質(zhì)量百分比為：電熔鎂砂34%，螢石14%，剛玉10%，大理石23%，石英8%，脫水長(zhǎng)石8%，氟鋁酸鉀1%，合金劑2%；粘結(jié)劑占礦物干粉組分總重量的20~30%。
將礦物干粉組分中各成分按上述比例稱取混合均勻，在攪拌均勻的物料中加入20℃時(shí)模數(shù)M＝2.8~3.0，濃度為40~42°Be的鈉水玻璃作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，然后經(jīng)250~300℃低溫烘焙40~60min，780~ 800℃高溫?zé)Y(jié)30~50min，出爐冷卻，過12~60目篩，制成燒結(jié)焊劑成品。
實(shí)施例3
一種船用低溫鋼埋弧焊燒結(jié)焊劑，包括礦物干粉組分及粘結(jié)劑，所述礦物干粉組分中各成分及其質(zhì)量百分比為：電熔鎂砂40%，螢石11%，剛玉20%，大理石15%，石英5%，脫水長(zhǎng)石1%，氟鋁酸鉀5%，合金劑3%；粘結(jié)劑占礦物干粉組分總重量的20~30%。
將礦物干粉組分中各成分按上述比例稱取混合均勻，在攪拌均勻的物料中加入20℃時(shí)模數(shù)M＝2.8~3.0，濃度為40~42°Be的鈉水玻璃作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，然后經(jīng)250~300℃低溫烘焙40~60min，780~ 800℃高溫?zé)Y(jié)30~50min，出爐冷卻，過12~60目篩，制成燒結(jié)焊劑成品。
按照上述三個(gè)實(shí)施例制成的埋弧焊燒結(jié)焊劑，以國(guó)外某知名品牌焊劑作為比較例，配合低溫鋼用埋弧焊絲H07MnNiDR，進(jìn)行熔敷金屬化學(xué)成分分析、熔敷金屬力學(xué)性能測(cè)試。焊接規(guī)范：焊接熱輸入為16~20KJ/cm，道間溫度100~150℃。經(jīng)過檢測(cè)，熔敷金屬的化學(xué)成分見表1，熔敷金屬的力學(xué)性能見表2，
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從上述數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，實(shí)施例配方焊劑在滲S、P量方面明顯低于比較例焊劑，而對(duì)Ni元素的保留也明顯高于比較例焊劑。此外，實(shí)施例焊劑的熔敷金屬的-100℃低溫沖擊功顯著高于比較例焊劑。
焊劑脫渣性試驗(yàn)的比較：按照GB/T 25776-2010標(biāo)準(zhǔn)中脫渣性試驗(yàn)要求，在60度V型坡口內(nèi)，對(duì)上述實(shí)施例和比較例進(jìn)行坡口內(nèi)脫渣性比較，如表3所示：
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底層脫渣率D=(l0-l)×100%. l0:焊道總長(zhǎng)度；l:未脫渣總長(zhǎng)度。
經(jīng)過脫渣性對(duì)比試驗(yàn)可以看出，各實(shí)施例配方焊劑坡口內(nèi)脫渣性明顯優(yōu)于比較例焊劑。